CMC Zellulose a seng Struktur Charakteriséierung

Mat Stréizellulose als Rohmaterial gouf et duerch Veretherung geännert. Duerch den eenzege Faktor an d'Rotatiounstest goufen déi optimal Konditioune fir d'Virbereedung vu Carboxymethylcellulose bestëmmt: Veretherungszäit 100min, Veretherungstemperatur 70℃, NaOH Doséierung 3,2g a Monochloracetic Seier Doséierung 3,0g, déi maximal Substitutioun De Grad ass 0,53.

Schlësselwierder: CMCcellulose; monochloracetic sauerem; etherification; Ännerung

Carboxymethylcelluloseass deen am meeschte produzéierten a verkafte Celluloseether op der Welt. Et ass wäit an Botzmëttelen benotzt, Liewensmëttel, Zahnpasta, Textilindustrie, Dréckerei a Fierwerei, Pabeier maachen, Petrol, Biergbau, Medizin, Keramik, elektronesch Komponente, Gummistécker, Faarwen, Pestiziden, Kosmetik, Lieder, Plastik an Ueleg Bueraarbechten, etc. als "industriell Monosodiumglutamat". Carboxymethylcellulose ass e Waasserlösleche Celluloseether-Derivat kritt duerch chemesch Modifikatioun vun natierleche Cellulose. Zellulose, d'Haaptrohmaterial fir d'Produktioun vu Carboxymethylcellulose, ass eng vun de meescht reichend natierlechen erneierbaren Ressourcen op der Äerd, mat enger jährlecher Produktioun vun Honnerte vu Milliarden Tonnen. mäi Land ass e grousst landwirtschaftlecht Land an ee vun de Länner mat de meeschte Stréiressourcen. Stréi war ëmmer ee vun den Haapt lieweg Brennstoffer fir ländlech Awunner. Dës Ressourcen si scho laang net rational entwéckelt, a manner wéi 2% vun landwirtschaftlechen a Bëschaarbechten wéi Stréi ginn all Joer op der Welt benotzt. Rice ass déi wichtegst wirtschaftlech Erntegung an der Heilongjiang Provënz, mat enger Planzfläch vu méi wéi 2 Milliounen hm2, eng jäerlech Produktioun vu 14 Milliounen Tonnen Reis, an 11 Milliounen Tonnen Stréi. D'Baueren verbrennen se meeschtens direkt am Feld als Offall, wat net nëmmen e grousse Verschwendung vun natierleche Ressourcen ass, mee och eng sérieux Verschmotzung fir d'Ëmwelt verursaacht. Dofir ass d'Ressourceverbrauch vu Stréi ze realiséieren de Besoin vun der nohalteger Entwécklungsstrategie vun der Landwirtschaft.

1. Experimentell Materialien a Methoden

1.1 Experimentell Materialien an Ausrüstung

Stréizellulose, selwer gemaach am Labo; JJ～1 Typ elektresche Mischer, Jintan Guowang Experimentell Instrument Factory; SHZW2C Typ RS-A Vakuum Pompel, Shanghai Pengfu Electromechanical Co., Ltd.; pHS-3C pH Meter, Mettler-Toledo Co., Ltd.; DGG-9070A elektresch Heizung konstant Temperatur drëschenen Uewen, Peking Norden Lihui Test Instrument Equipment Co., Ltd .; HITACHI-S ~ 3400N Scannen Elektronenmikroskop, Hitachi Instrumenter; Ethanol; Natriumhydroxid; chloroacetic sauerem, etc.. (déi uewe reagents sinn analytesch reng).

1.2 Experimentell Method

1.2.1 Virbereedung vun carboxymethyl cellulose

(1) D'Virbereedungsmethod vu Carboxymethylcellulose: Waacht 2 g Cellulose an eng Dräihalskolbe, füügt 2,8 g NaOH, 20 ml 75% Ethanol-Léisung derbäi, a setzt an Alkali an engem konstante Temperaturwasserbad bei 25°C fir 80 min. Stir mat engem Mixer fir gutt ze kombinéieren. Wärend dësem Prozess reagéiert Zellulose mat alkalescher Léisung fir Alkali-Cellulose ze bilden. An der Etherifikatiounsstadium fügen 10 ml 75% Ethanol Léisung an 3 g Chloracetic Seier an d'Drei-Necked Kolbe uewen reagéiert, erhéicht d'Temperatur op 65-70° C., a reagéiere fir 60 Minutten. Füügt Alkali fir d'zweete Kéier, füügt dann 0,6g NaOH an déi uewe genannte Reaktiounskolbe fir d'Temperatur op 70 ze halen°C, an d'Reaktiounszäit ass 40min fir rau Na ze kréien-CMC (Natriumcarboxymethylcellulose).

Neutraliséierung a wäschen: add 1mol·L-1 Salzsäure, an neutraliséiert d'Reaktioun bei Raumtemperatur bis pH = 7 ~ 8. Dann zweemol mat 50% Ethanol wäschen, dann eemol mat 95% Ethanol wäschen, filtert mat Saug, a trocken bei 80-90°C fir 2 Stonnen.

(2) Bestëmmung vum Grad vun der Proufsubstitutioun: Aciditéitmeter Bestëmmungsmethod: Gewiicht 0,2g (genau op 0,1mg) vun der gereinegt a gedréchent Na-CMC Probe, léist et an 80mL destilléiert Waasser op, réiert et elektromagnetesch fir 10min, a passt un et mat Säure oder Alkali D'Léisung huet den pH vun der Léisung op 8 bruecht. Dann titréiert d'Testléisung mat Schwefelsäure Standardléisung an engem Becher, deen mat enger pH Meter Elektrode ausgestatt ass, a beobachtet d'Indikatioun vum pH Meter wärend Dir titréiert bis de pH ass. 3.74. Notéiert de Volume vun der Schwefelsäure Standardléisung déi benotzt gëtt.

1.2.2 Single Faktor Test Method

(1) Den Effekt vun der Quantitéit vun Alkali op de Grad vun der Substitutioun vu Carboxymethylcellulose: Alkaliséierung bei 25℃, Alkali-Immersioun fir 80 Minutten, d'Konzentratioun an der Ethanol-Léisung ass 75%, kontrolléiert d'Quantitéit vum Monochloracetic Seierreagens 3g, d'Etherifikatiounstemperatur ass 65 ~ 70°C, d'Etherifikatiounszäit war 100 Minutten, an d'Quantitéit vum Natriumhydroxid gouf fir den Test geännert.

(2) Den Effet vun der Konzentratioun vun Ethanol Léisung op de Grad vun Substitutioun vun carboxymethyl cellulose: d'Quantitéit vun fix Alkali ass 3,2g, alkalesch Tauche an engem konstante Temperatur Waasser Bad um 25°C fir 80min, d'Konzentratioun vun Ethanol Léisung ass 75%, d'Quantitéit vun monochloroacetic sauerem Reagens ass bei 3g kontrolléiert, etherification D'Temperatur ass 65-70°C, d'Etherifikatiounszäit ass 100min, an d'Konzentratioun vun der Ethanolléisung gëtt fir d'Experiment geännert.

(3) Den Effet vun der Quantitéit vun der Monochloroacetic Seier op de Grad vun Substitutioun vun Carboxymethyl cellulose: fix op 25°C fir Alkaliséierung, 80 Minuten an Alkali drénken, 3.2g Natriumhydroxid addéieren fir d'Konzentratioun vun der Ethanolléisung 75% ze maachen, Ether D'Temperatur ass 65 ~ 70°C, d'Etherifikatiounszäit ass 100min, an d'Quantitéit vun der Monochlorättiksäure gëtt fir d'Experiment geännert.

(4) Effekt vun der Etherifikatiounstemperatur op de Substitutiounsgrad vu Carboxymethylcellulose: fixéiert op 25°C fir Alkaliséierung, sücht an der Alkali fir 80 Minutten, füügt 3.2g Natriumhydroxid derbäi fir d'Konzentratioun vun der Ethanolléisung 75% ze maachen, Etherifikatiounstemperatur D'Temperatur ass 65 ~ 70℃, d'Etherifikatiounszäit ass 100min, an d'Experiment gëtt duerch d'Verännerung vun der Doséierung vu Monochlorättiksäure duerchgefouert.

(5) Effekt vun der Etherifikatiounszäit op de Grad vun der Substitutioun vu Carboxymethylcellulose: fixéiert op 25°C fir Alkaliséierung, 3.2g Natriumhydroxid bäigefüügt an an Alkali fir 80min getäuscht fir d'Konzentratioun vun der Ethanolléisung 75% ze maachen, a kontrolléiert Monochlor D'Dosis vun Essigsäure-Reagens ass 3g, d'Etherifikatiounstemperatur ass 65 ~ 70°C, an d'Etherifikatiounszäit gëtt fir Experiment geännert.

1.2.3 Testplang an Optimiséierung vu Carboxymethylcellulose

Op Basis vum eenzege Faktor Experiment gouf eng quadratesch Regressioun orthogonal Rotatioun kombinéiert Experiment mat véier Faktoren a fënnef Niveauen entworf. Déi véier Faktore sinn d'Etherifikatiounszäit, d'Etherifikatiounstemperatur, d'Quantitéit vun NaOH an d'Quantitéit u Monochloracetic Seier. D'Datenveraarbechtung benotzt SAS8.2 statistesch Software fir Datenveraarbechtung, déi d'Relatioun tëscht all Aflossfaktor an dem Grad vun der Substitutioun vu Carboxymethylcellulose weist. banneschten Gesetz.

1.2.4 SEM Analyse Method

Déi gedréchent Pulverprobe gouf op der Probebühn mat konduktiven Klebstoff fixéiert, an no Vakuum Spraydousen gouf se ënner engem Hitachi-S-3400N Hitachi Scannen Elektronenmikroskop observéiert a fotograféiert.

2. Resultater an Analyse

2.1 Effekt vum eenzege Faktor op Grad vun der Substitutioun vu Carboxymethylcellulose

2.1.1 Den Effekt vun der Quantitéit vun Alkali op de Grad vun der Substitutioun vu Carboxymethylcellulose

Wann NaOH3.2g zu 2g Cellulose bäigefüügt gouf, war den Ersatzgrad vum Produkt am héchsten. D'Quantitéit vun NaOH gëtt reduzéiert, wat net genuch ass fir d'Neutraliséierung vun alkalesche Cellulose an Etherifikatiounsmëttel ze bilden, an d'Produkt huet e klenge Substitutiounsgrad a gerénger Viskositéit. Am Géigendeel, wann d'Quantitéit vun NaOH ze vill ass, wäerten d'Niewereaktiounen während der Hydrolyse vu Chloracetic Seier eropgoen, de Verbrauch vun etherifying Agent wäert eropgoen, an d'Produktviskositéit wäert och erofgoen.

2.1.2 Effekt vun Konzentratioun vun Ethanol Léisung op Grad vun Substitutioun vun carboxymethyl cellulose

En Deel vum Waasser an der Ethanol Léisung existéiert am Reaktiounsmedium ausserhalb vun der Cellulose, an den aneren Deel existéiert an der Cellulose. Wann de Waassergehalt ze grouss ass, wäert CMC am Waasser schwellen fir Jelly während der Etherifikatioun ze bilden, wat zu enger ganz ongläicher Reaktioun resultéiert; wann de Waassergehalt ze kleng ass, wäert d'Reaktioun schwéier virugoen wéinst dem Mangel u Reaktiounsmedium. Allgemeng ass 80% Ethanol dat gëeegentste Léisungsmëttel.

2.1.3 Effekt vun der Doséierung vu Monochloracetic Seier op de Grad vun der Substitutioun vu Carboxymethylcellulose

D'Quantitéit vun der Monochloroacetic Seier an Natriumhydroxid ass theoretesch 1:2, awer fir d'Reaktioun an d'Richtung vun der Generatioun vu CMC ze bewegen, suergt dofir datt et eng gëeegent fräi Basis am Reaktiounssystem ass, sou datt d'Carboxymethyléierung glat weidergoe kann. Aus dësem Grond gëtt d'Method fir iwwerschësseg Alkali ugeholl, dat heescht, de molare Verhältnis vu Säure an Alkalistoffer ass 1: 2,2.

2.1.4 Effekt vun etherification Temperatur op Grad vun Substitutioun vun carboxymethyl cellulose

Wat méi héich d'Etherifikatiounstemperatur ass, dest méi séier ass d'Reaktiounsquote, awer d'Niewereaktiounen ginn och beschleunegt. Aus der Perspektiv vum chemesche Gläichgewiicht ass d'Erhéijung vun der Temperatur ongënschteg fir d'Bildung vu CMC, awer wann d'Temperatur ze niddreg ass, ass d'Reaktiounsquote lues an d'Utilisatiounsquote vum Veretherungsmëttel niddereg. Et kann gesi ginn datt déi optimal Temperatur fir Etherifikatioun 70 ass°C.

2.1.5 Effekt vun etherification Zäit op Grad vun Substitutioun vun carboxymethyl cellulose

Mat der Erhéijung vun der Etherifikatiounszäit erhéicht de Grad vun der Substitutioun vu CMC, an d'Reaktiounsgeschwindegkeet gëtt beschleunegt, awer no enger gewësser Zäit ginn d'Säitreaktiounen erop an de Substitutiounsgrad geet erof. Wann d'Etherifikatiounszäit 100min ass, ass de Grad vun der Substitutioun maximal.

2.2 Orthogonal Testresultater an Analyse vu Carboxymethylgruppen

Et kann aus der Varianzanalysetabelle gesi ginn datt am primären Element déi véier Faktore vun der Etherifikatiounszäit, Etherifikatiounstemperatur, d'Quantitéit vun NaOH an d'Quantitéit vun der Monochlorättiksäure e ganz groussen Impakt op de Grad vun der Substitutioun vu Carboxymethylcellulose hunn (p. <0.01) an. Ënnert den Interaktiounsartikelen, d'Interaktiounsartikele vun der Veretherungszäit an d'Quantitéit vun der Monochlorättiksäure, an d'Interaktiounsartikele vun der Veretherungstemperatur an d'Quantitéit vun der Monochlorättiksäure haten e ganz bedeitende Effekt op de Grad vun der Substitutioun vu Carboxymethylcellulose (p<0,01). D'Uerdnung vum Afloss vu verschiddene Faktoren op de Grad vun der Substitutioun vu Carboxymethylcellulose war: Etherifikatiounstemperatur> d'Quantitéit vun der Monochlorättiksäure> Etherifikatiounszäit> d'Quantitéit vun NaOH.

No der Analyse vun den Testresultater vun der quadratescher Regressioun orthogonaler Rotatiounskombinatiounsdesign kann festgestallt ginn datt déi optimal Prozessbedéngungen fir Carboxymethylatiounsmodifikatioun sinn: Veretherungszäit 100min, Veretherungstemperatur 70℃, NaOH Doséierung 3,2g a Monochloracetic Seier D'Doséierung ass 3,0g, an de maximalen Substitutiounsgrad ass 0,53.

2.3 Mikroskopesch Leeschtung Charakteriséierung

D'Uewerflächemorphologie vu Cellulose, Carboxymethylcellulose a vernetzten Carboxymethylcellulosepartikel gouf duerch Scannen Elektronenmikroskopie studéiert. D'Zellulose wächst an enger Sträifform mat enger glatter Uewerfläch; de Rand vun der Carboxymethylcellulose ass méi rau wéi dee vun der extrahéierter Cellulose, an d'Kavitéitsstruktur erhéicht an de Volume gëtt méi grouss. Dëst ass well d'Bündelstruktur méi grouss gëtt wéinst der Schwellung vu Carboxymethylcellulose.

3. Conclusioun

3.1 Virbereedung vun carboxymethyl etherified cellulose D'Uerdnung vun Wichtegkeet vun de véier Faktoren den Grad vun Substitutioun vun cellulose beaflossen ass: etherification Temperatur > Monochloroacetic Seier Doséierung > etherification Zäit > NaOH Doséierung. Déi optimal Prozessbedéngungen vun der Carboxymethylatiounsmodifikatioun sinn Etherifikatiounszäit 100min, Etherifikatiounstemperatur 70℃, NaOH Doséierung 3,2g, Monochloracetic Seier Doséierung 3,0g, a maximal Substitutiounsgrad 0,53.

3.2 Déi optimal technologesch Konditioune vun der Carboxymethylatiounsmodifikatioun sinn: Veretherungszäit 100min, Veretherungstemperatur 70℃, NaOH Doséierung 3,2g, Monochloracetic Seier Doséierung 3,0g, maximal Substitutiounsgrad 0,53.